KR20160119480A - 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법에 있어서, 성장 중인 잉곳과 실리콘 용융액의 계면이 수평면으로부터 아래로 1 밀리미터 내지 5 밀리미터로 형성되고, 성장되는 잉곳의 BMD 사이즈(size)가 55 나노미터 내지 65 나노미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법{METHOD FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고도핑 실리콘 단결정 잉곳에서 반경 방향의 BMD의 균일성을 확보하고자 한다.
통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
단결정 성장은 플로우팅존(floating zone : FZ) 방법 또는 초크랄스키(Czochralski : CZ, 이하 CZ라 칭한다) 방법을 많이 사용하여 왔다. 이들 방법 중에서 가장 일반화되어 있는 방법이 CZ 방법이다.
CZ 방법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 종자결정을 담그고 계면에서 결정화가 일어날 때 종자결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시킨다.
실리콘 단결정의 성장 과정에서 성장 이력에 따른 결정 결함 및 원하지 않는 불순물로서 특히 산소가 실리콘 단결정에 포함되게 된다. 이렇게 함입된 산소는 반도체 소자의 제조 공정에서 가해지는 열에 의해 산소 침전물(oxygen precipitates)로 성장하게 되는데, 이 산소 침전물은 실리콘 웨이퍼의 강도를 보강하고 금속 오염 원소를 포획하는 등 내부 게터링(Internal Gettering) 사이트로서 작용하는 등 유익한 특성을 보이기도 하지만, 반도체 소자의 누설전류 및 불량(fail)을 유발하는 유해한 특성을 보인다.
따라서, 반도체 소자가 형성될 웨이퍼 표면으로부터 소정 깊이까지의 디누드 존(denuded zone)에는 이러한 산소 침전물이 실질적으로 존재하지 않으면서도, 소정 깊이 이상의 벌크 영역에서는 소정의 밀도 및 분포로 존재하는 웨이퍼가 요구된다. 반도체 소자 제조 공정에서 이렇게 벌크 영역에 생성되는 산소 침전물들과 벌크 적층 결함들을 포함하여 통상 BMD(Bulk Micor Defects)라 하며, 이하에서는 벌크 영역의 산소 침전물과 BMD를 구분하지 않고 사용하기로 한다.
이러한 BMD의 농도 및 분포가 제어된 웨이퍼를 제공하기 위한 기술로서는, 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때 공정 변수인 시드(seed) 회전속도, 도가니 회전속도, 융액(melt) 표면과 열차폐체(heat shield)간의 간격인 멜 트 갭(melt gap), 잉곳의 인상속도(pull speed), 핫 존(hot zone)의 디자인 변경, 질소나 탄소 등의 제3의 원소 도핑 등을 통해 초기 산소 농도와 결정 결함 농도를 조절함으로써 BMD 농도를 제어하는 기술들이 제안되었다.
또한, 이러한 성장 공정 변수나 성장 이력을 제어하는 방법 이외에 웨이퍼 가공 공정(wafering process) 중에 열처리를 통해 BMD 농도 및 분포를 조절할 필요가 있다.
실시예는 실리콘 단결정의 성장시에 반경 방향의 BMD의 균일성을 향상시키고자 한다.
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법에 있어서, 성장중인 잉곳과 실리콘 용융액의 계면이 수평면으로부터 아래로 1 밀리미터 내지 5 밀리미터로 형성되고, 성장되는 잉곳의 BMD 사이즈(size)가 55 나노미터 내지 65 나노미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
잉곳의 성장 중에 온도 구배(temperature gradient)가 34 캘빈(Kelvin)/cm 미만일 수 있다.
잉곳의 중앙 영역의 냉각 시간이 가장 자리 영역의 냉각 시간보다 길 수 있다.
실리콘 용융액은 비저항이 20 mohm·cm(밀리옴·센티미터) 이하일 수 있다.
실리콘 용융액은 도펀트가 3.24E18 atoms/cm3 이상 도핑될 수 있다.
도펀트는 보론(Boron)일 수 있다.
잉곳의 성장 시에, 시드의 회전 속도는 8 rpm 이하일 수 있다.
잉곳의 성장 시에, 상기 실리콘 용융액에 자기장을 3000 G(가우스) 이상으로 가할 수 있다.
잉곳의 성장 시에, 상기 실리콘 용융액과 상기 열차폐재와의 거리를 40 밀리미터 이상일 수 있다.
실시예에 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법은, 잉곳의 중앙 부분의 열이력이 증가하여 제조된 웨이퍼의 중앙 부분과 가장 자리 부분의 BMD가 고르게 분포할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조장치를 나타낸 도면이고,
도 2a는 실리콘 단결정 잉곳의 바디 성장시에 종방향의 길이 성장(x축)에 따른 BMD 변화를 나타낸 도면이고, 도 2b는 웨이퍼 면 내의 BMD 산포를 나타낸 도면이고,
도 3은 웨이퍼의 중앙 영역과 가장 자리 영역의 BMD 차이를 나타내는 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 성장 계면의 방향성을 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 비교예와 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 성장 계면을 나타낸 도면이고,
도 6a는 종래의 비교예와 실시예에 따른 방법으로 성장된 잉곳의 길이 방향에서의 비저항과 BMD 분포를 나타내고,
도 6b는 실시예에 따른 방법으로 성장된 잉곳에서 제조된 웨이퍼의 반경 방향에서의 BMD 분포를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조장치를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 히터(130), 인상수단(150) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 단결정 성장장치(100)는 챔버(110)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니(120)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 상기 도가니(120)를 가열하는 히터(130) 및 종자결정(152)이 일단에 결합된 인상수단(150)을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
챔버(110)의 내벽에는 히터(130)의 열이 상기 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(140)가 설치될 수 있다.
실리콘 단결정 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 석영 도가니(120)의 회전 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절할 수 있다. 예를 들어, 실시예는 산소 농도를 제어하기 위하여 실리콘 단결정 성장 장치의 챔버(110) 내부에 아르곤 가스 등을 주입하여 하부로 배출할 수 있다.
상기 도가니(120)는 실리콘 용융액을 담을 수 있도록 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(120)의 외부에는 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 도가니 지지대는 회전축(미도시) 상에 고정 설치되고, 이 회전축은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 할 수 있다.
히터(130)는 도가니(120)를 가열하도록 챔버(110)의 내부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 히터(130)는 도가니 지지대를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 용융액으로 만들게 된다.
실시예는 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 제조방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal, 152)을 실리콘 용융액에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법을 채용할 수 있다.
쵸크랄스키법을 상세히 설명하면 아래와 같다.
종자결정(152)으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 결정을 직경방향으로 성장시켜 목표직경으로 만드는 숄더링(shouldering)공정을 거치며, 이후에는 일정한 직경을 갖는 결정으로 성장시키는 바디 그로잉(body growing)공정을 거치며, 일정한 길이만큼 바디 그로잉이 진행된 후에는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 결국 용융 실리콘과 분리하는 테일링(tailing)공정을 거쳐 단결정 성장이 마무리된다.
본 실시예에서는 실리콘 용융액에는 P-타입의 도펀트인 B(보론)이, N-타입의 도펀트인 As(비소), P(인), Sb(안티몬) 등이 도핑될 수 있다. 이때, 고농도의 도펀트가 투입될 경우, 도펀트의 농도에 따라 V/G(growth rate/temperature gradient) 즉, 온도 구배에 대한 잉곳의 성장 속도가 변화할 수 있으며, 이에 따라 잉곳의 특히 바디(body) 영역 내에서 BMD가 변화할 수 있다.
도 2a는 실리콘 단결정 잉곳의 바디 성장시에 종방향의 길이 성장(x축)에 따른 BMD 변화를 나타낸 도면이고, 도 2b는 웨이퍼 면 내의 BMD 산포를 나타낸 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 잉곳의 바디 성장시에 BMD가 계속 변화하며, 특히 도 2b에 도시된 바와 같이 종방향으로 동일한 영역인 웨이퍼의 면 내에서도 BMD 산포가 큰 것을 알 수 있다.
본 실시예에서는, 고농도로 도핑된 잉곳의 길이 방향으로의 V/G(growth rate/temperature gradient) 변화로 인한 결정 영역의 변화를 제어하여, 잉곳의 전체 영역에서 G 값을 34 캘빈(Kelvin)/cm 미만으로 한다.
비저항이 20 mohm·cm(밀리옴·센티미터) 이하이고 도펀트로 보론(Boron)이 3.24E18 atoms/cm3 이상이 도핑된 실리콘 단결정은, 도 2b에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 중앙 영역의 BMD가 적다. 그리고, 도 3로부터 웨이퍼의 중앙 영역과 가장 자리 영역의 BMD 차이가 큰 것은, 웨이퍼의 중앙 영역에서 BMD 사이즈(size)가 웨이퍼의 가장 자리 영역보다 작은 것에 기인할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하고자 웨이퍼의 중앙 영역에서 BMD 사이즈를 증가시키는 방안도 있으나, 실리콘 단결정 잉곳은 중앙 영역과 가장 자리 영역이 동시에 동일한 속도로 인상(pulling)되며 성장되며, 핫 존(hot zone)의 구조를 변경하여 열이력을 변경할 경우에도 실리콘 단결정 잉곳의 중앙 영역 외에 가장 자리 영역도 열이력의 변경 영향을 받을 수 있어서, 웨이퍼의 중앙 영역만의 BMD 사이즈 증가는 어려움이 있다.
실시예에서는 실리콘 단결정 잉곳의 중앙 영역의 BMD 사이즈만을 증가시키기 위하여, 중앙 영역의 냉각시간을 상대적으로 길게 하고자 한다.
도 4a 및 도 4b는 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 성장 계면의 방향성을 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b에서 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도(P/S, pulling speed)는 동일하되, 냉각 속도는 동일하지 않을 수 있다.
즉, 도 4a에서 잉곳 하부의 계면이 윗 방향으로 볼록하여 웨이퍼의 중앙 영역(A)의 냉각 시간이 가장 자리 영역(B)의 냉각 시간보다 상대적으로 짧을 수 있다. 그리고, 도 4b에서는 잉곳 하부의 계면의 아랫 방향으로 볼록하여 웨이퍼의 중앙 영역(A)의 냉각 시간이 가장 자리 영역(B)의 냉각 시간보다 상대적으로 길 수 있다.
도 4b에 따라 성장된 실리콘 단결정 잉곳에서 제조된 웨이퍼는 중앙 영역과 가장 자리 영역이 동시에 성장되지 않고, 중앙 영역이 더 먼저 성장되어 열이력을 더 길게 받아서 중앙 영역의 BMD 사이즈만을 증가시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 비교예와 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 성장 계면을 나타낸 도면이다.
도 5a의 비교예는 실리콘 당결정 잉곳의 하부의 계면이 윗 방향으로 높이 h1만큼 볼록하고, 도 5b의 비교예는 실리콘 당결정 잉곳의 하부의 계면이 윗 방향으로 높이 h2만큼 볼록하다. 도 5a와 도 5b에서 시드의 회전 속도는 8 rpm 이하, 자기장의 세기는 3,000G(가우스) 이상으로 하여 상술한 G값(temperature gradient)을 낮추고, 또한 실리콘 용융액과 열차폐재와의 거리인 멜트 갭(melt gap)을 40 밀리미터 이상으로 할 수 있다.
표 1은 성장 계면의 형상에 따른 웨이퍼의 중앙 영역과 가장 자리 영역에서의 BMD 변화를 나타내고, 성장 계면의 높이가 도 5a와 도 5b에서 h1과 h2를 나타내며, +값인 경우 위로 볼록하고 -값인 경우 아래로 볼록할 수 있다.
성장 계면의 높이(mm) 중앙 영역의 BMD
(개/cm3)		 가장 자리 영역의 BMD(개/cm3) BMD 변화 정도
(log 변환)
비교예 1 +5 5.44E6 6.98E8 2.11
비교예 2 +2 2.26E7 4.50E8 1.30
실시예 1 -2 1.29E8 2.81E8 0.34
실시예 2 -5 6.30E8 1.11E9 0.25
비교예 1과 비교예 2에서는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 계면이 윗 방향으로 볼록하고, 실시예 1과 실시예 2에서는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 계면이 아래 방향으로 볼록할 수 있다.
표 1과 같이 고농도로 도핑된 실리콘 단결정 잉곳의 성장 계면을 아래로 볼록하게 제어하여, BMD 변화 정도가 작아서 반경 방향으로 BMD 농도의 균일성을 확보할 수 있다.
도 6a는 종래의 비교예와 실시예에 따른 방법으로 성장된 잉곳의 길이 방향(종방향)에서의 비저항과 BMD 분포를 나타내며, 길이 방향으로 BMD 편차가 100 배 이내일 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이 실시예에 따른 방법으로 성장된 잉곳에서 제조된 웨이퍼는 면내 방향(횡방향)에서 BMD 분포가 고르며, 편차가 표 1에 도시된 바와 같이 0.4 미만일 수 있다. 여기서, '면내'는 도 5b 등의 가로 방향일 수 있다.
상술한 공정으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때, 제조된 웨이퍼의 중앙 부분과 가장 자리 부분의 BMD가 고르게 분포하여, 웨이퍼의 품질이 개선될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치
110: 챔버 120: 도가니
130: 히터 150: 인상 수단
152: 종자결정

Claims (9)

  1. 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법에 있어서,
    성장중인 잉곳과 실리콘 용융액의 계면이 수평면으로부터 아래로 1 밀리미터 내지 5 밀리미터로 형성되고, 성장되는 잉곳의 BMD 사이즈(size)가 55 나노미터(nanometer) 내지 65 나노미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 잉곳의 성장 중에 온도 구배(temperature gradient)가 34 캘빈(Kelvin)/cm 미만인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 잉곳의 중앙 영역의 냉각 시간이 가장 자리 영역의 냉각 시간보다 긴 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 실리콘 용융액은 비저항이 20 mohm·cm(밀리옴·센티미터) 이하인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 실리콘 용융액은 도펀트가 3.24E18 atoms/cm3 이상 도핑된 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 도펀트는 보론(Boron)인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 잉곳의 성장 시에, 시드의 회전 속도는 8 rpm 이하인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 잉곳의 성장 시에, 상기 실리콘 용융액에 자기장을 3000 G(가우스) 이상으로 가하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 잉곳의 성장 시에, 상기 실리콘 용융액과 상기 열차폐재와의 거리를 40 밀리미터 이상으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6888568B2 (ja) 2018-02-28 2021-06-16 株式会社Sumco シリコン単結晶の製造方法
JP6844560B2 (ja) 2018-02-28 2021-03-17 株式会社Sumco シリコン融液の対流パターン制御方法、シリコン単結晶の製造方法、および、シリコン単結晶の引き上げ装置
CN108796602A (zh) * 2018-07-04 2018-11-13 江西中昱新材料科技有限公司 一种单晶炉用内导流筒
KR20210150510A (ko) * 2019-04-11 2021-12-10 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. 말기 본체 길이에서 감소된 왜곡을 갖는 잉곳을 준비하기 위한 프로세스
KR102576552B1 (ko) * 2019-04-18 2023-09-07 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들
CN112095142B (zh) * 2019-06-18 2021-08-10 上海新昇半导体科技有限公司 一种半导体晶体生长装置
CN114737251A (zh) * 2022-04-08 2022-07-12 中环领先半导体材料有限公司 获取硅单晶最佳拉速以制备高bmd密度12英寸外延片的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2755588B2 (ja) * 1988-02-22 1998-05-20 株式会社東芝 結晶引上げ方法
US5178720A (en) * 1991-08-14 1993-01-12 Memc Electronic Materials, Inc. Method for controlling oxygen content of silicon crystals using a combination of cusp magnetic field and crystal and crucible rotation rates
CN1178844A (zh) * 1996-08-08 1998-04-15 Memc电子材料有限公司 切克劳斯基法生长硅的温度和时间关系的控制方法
JPH1179889A (ja) * 1997-07-09 1999-03-23 Shin Etsu Handotai Co Ltd 結晶欠陥が少ないシリコン単結晶の製造方法、製造装置並びにこの方法、装置で製造されたシリコン単結晶とシリコンウエーハ
JP2000247788A (ja) * 1999-02-26 2000-09-12 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の製造方法
JP3783495B2 (ja) 1999-11-30 2006-06-07 株式会社Ｓｕｍｃｏ 高品質シリコン単結晶の製造方法
JP2003095788A (ja) * 2001-09-18 2003-04-03 Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp シリコン単結晶の引上げ方法
TWI265217B (en) * 2002-11-14 2006-11-01 Komatsu Denshi Kinzoku Kk Method and device for manufacturing silicon wafer, method for manufacturing silicon single crystal, and device for pulling up silicon single crystal
US20060005761A1 (en) * 2004-06-07 2006-01-12 Memc Electronic Materials, Inc. Method and apparatus for growing silicon crystal by controlling melt-solid interface shape as a function of axial length
WO2007013148A1 (ja) * 2005-07-27 2007-02-01 Sumco Corporation シリコン単結晶引上装置及びその方法
WO2009025340A1 (ja) 2007-08-21 2009-02-26 Sumco Corporation Ｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハ及びｉｇｂｔ用のシリコン単結晶ウェーハの製造方法
KR100954291B1 (ko) * 2008-01-21 2010-04-26 주식회사 실트론 고품질의 반도체 단결정 잉곳 제조장치 및 방법
WO2010002795A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-07 Memc Electronic Materials, Inc. Controlling a melt-solid interface shape of a growing silicon crystal using an unbalanced magnetic field and iso-rotation
JP5373423B2 (ja) * 2009-02-12 2013-12-18 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン単結晶及びその製造方法
JP5201077B2 (ja) * 2009-05-15 2013-06-05 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコンウェーハの製造方法
KR100965499B1 (ko) * 2010-03-10 2010-06-23 퀄리플로나라테크 주식회사 단결정 실리콘 잉곳 성장 시스템용 마그네트 수직 이송 장치
US20150044467A1 (en) * 2012-04-23 2015-02-12 Hwajin Jo Method of growing ingot and ingot
US9634098B2 (en) * 2013-06-11 2017-04-25 SunEdison Semiconductor Ltd. (UEN201334164H) Oxygen precipitation in heavily doped silicon wafers sliced from ingots grown by the Czochralski method
JP6652959B2 (ja) * 2014-07-31 2020-02-26 グローバルウェーハズ カンパニー リミテッドＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 窒素ドープされた空孔優勢であるシリコンインゴット、およびそれから形成された半径方向に均一に分布した酸素析出の密度およびサイズを有する熱処理されたウエハ

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